专利名称：沉降式离心机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将固体颗粒及液体的混合物分离为固相及液相的沉降式离心机，特别是涉及一种将固体颗粒及两种液相，即重液和轻液的混合物分离为固体颗粒、重液以及轻液的沉降式离心机。
迄今为止，离心机或者离心式分离器被用于将固体颗粒和液体的混合物分离为固相及液相，或者将固体颗粒及重液、轻液的混合物分离为固体颗粒、重液及轻液。
通常用于离心沉降的碟式沉降型离心机(亦称锥形碟片式沉降型离心机)具有若干间隔一定间距配置的截头锥形碟片。然而，当用一种碟式沉降型离心机分离一种具有大的固含量的固一液混合物的进料稀浆时，混合物中积聚的固体颗粒易于堵塞碟片之间的间隙，使该碟式沉降型离心机的正常操作产生故障。为了防止这类问题的产生，需要减少混合物中固体颗粒的含量，例如通过一个螺旋式沉降离心机，然后，利用一个碟式沉降型离心机将该混合物分离为固相及液相。然而，这种作法需要两个昂贵的互为串联相接的沉降式离心机。另外，由于该混合物必须经历两次强的离心处理，所以沉降式离心机所消耗的能相对较多，是不经济的。
本发明者在日本1，007，732号专利(日本专利公开054961/75号)以及日本专利公开152556/87号公开了一种用于将固体颗粒和液体的混合物分离为固液两相的沉降式离心机，以及一种将固体颗粒和两液相，即重液和轻液的混合物分离为固体颗粒、重液和轻液的沉降式离心机。所公开的沉降式离心机可以称之为双斜面螺旋式沉降式离心机，它具有一个用于排出已沉降的固体颗粒的截头锥式转鼓。该转鼓的内壁表面相对于转鼓中心线在沿着固体颗粒排出的方向上首先以一个较大的角度倾斜，然后以一个较小的角度倾斜。所述转鼓的双斜面内壁表面能使所述固体颗粒平稳地移动到转鼓的端部，也能从固体颗粒中平缓地分离出液体。该转鼓结构能够在较长的时间周期内增加停留在离心机中的进料量。因此，离心机的分离精度和单位时间的处理能力增加了。
本发明者发现，在所述离心机的实际应用中，所说处理能力、分离精度以及耗能方面尚有许多需要改进之处。如上所述更具体地是，由于沉降的固体易于堵塞碟片之间的间隙、特别当进料中具有大的固含量时更是如此，因此，碟式沉降型离心机经常出现故障。这个问题仅能由首先利用螺旋式沉降离心机减少稀浆中的固含量，然后利用碟式沉降型离心机处理该稀浆而获得解决。因此，所述的两个昂贵的沉降式离心机或离心机需要互相串联地联接，由于在沉降式离心机中需要施加两次强的离心处理，故耗能大。尽管由本发明者发明的双斜面螺旋式沉降离心机仅需稀浆一次通过所述离心机便可完成分离过程，但该沉降式离心机的实际应用方面，该沉降式离心机并不象期望的那样比串联的离心机具有那么多的优点，并且在要求精确的相分离的应用中，处理能力及能耗尚须进一步改进。
本发明的目的是提供一种沉降式离心机，该离心机能够克服分离固含量大的稀浆或者混合物导致堵塞的缺陷;分离稀浆时，分离精度高、耗能低;而且能够仅在一个单循环离心力作用下相当可靠地分离相对较多的进料稀浆或混合物。
按照本发明所述的沉降式离心机包括一个可绕其中心轴线旋转的中空圆柱体;输送一种固一液混合物至所述中空圆柱体中的进料装置;一个其有以一个较大的角度相对所说的中心线倾斜的内壁表面的第一中空截头锥段，该第一中空截头锥段具有一个与所说的中空圆柱体一端邻接的较大直径的开口端和一个与该大直径开口端轴向相对的小直径开口端;一个具有以一个较小角度相对所说中心线倾斜的内壁表面的第二中空截头锥段，该第二中空截头锥段具有一个与所说第一中空截头锥段较小直径开口端邻接的开口端和一个与该开口端相对的开口端，这一开口端限定了一个出料孔，所说第二截头锥段的与第一截头锥段较小直径开口端邻接的开口端位于这样的位置，即相同于或者低于中空圆柱体旋转时在该圆柱体中形成的圆柱形固一液混合物的自由液面;一个配置于所述中空圆柱体、第一中空截头锥段以及第二中空截头锥段中的螺旋输送器，用于输送中空圆柱体中的从固一液混合物中分离出的沉降的固体，使之通过第一和第二中空截头锥段到达出料孔;配置于中空圆柱体远离出料孔一端用于控制从所说固一液混合物中分离出的液体溢流的堰板(bank)装置;排出所说溢流液的出料装置;以及至少一个安装于所说螺旋输送器上并位于螺旋输送器叶片的螺距之间的空间中的翅片，该翅片相对于所说中心线是倾斜的。
所述堰板装置可以包括一个配置于中空圆柱体远离出料孔一端用于控制从所说固一液混合物中分离出的重液溢流的第一堰板和一个配置于中空圆柱体远离出料孔一端用于控制从所说固一液混合物中分离出的轻液溢流的第二堰板。所说的出料装置可以分别排出溢流的重液和轻液。为达排出液体之目的，也可应用撇液的方法。
本说明书附图以实例的形式揭示了本发明优选的实施方案，通过以下参照附图进行的描述，本发明的上述和其他目的、特别及优点将变得更为明显。
图1是按照本发明的沉降式离心机的纵向剖面示意图;
图2是图1所示沉降式离心机中一个螺旋输送器及若干翅片的放大的局部纵向剖面图;
图3是按照本发明另一实施方案的一个螺旋输送器及若干翅片的放大的局部纵向剖面图。
如图1所示，该三相分离器具有一个轴向伸入转鼓2大直径圆筒段并开口的进料管1，转鼓2包括一个中空的圆柱体。当转鼓2高速旋转时，典型地由固体、重液和轻液组成的待分离进料稀浆或者固一液混合物通过进料管1和若干孔12喂入到转鼓2中。在转鼓2高速旋转所产生的离心力作用下，混合物中的固体颗粒径向地朝外向转鼓2的内壁表面移动。
转鼓2具有一个环绕进料管1的出料开口端4，该出料开口端4限定了出料孔。转鼓2中容纳一个螺旋输送器3，该螺旋输送器3与转鼓2同轴配置，并且在转鼓2两相对端之间轴向地延伸。螺旋输送器3以不同于转鼓2的转速旋转，在螺旋输送器3的作用下，沉降在转鼓2内壁表面上的固体颗粒被送向所说的出料孔。然后，固体颗粒由出料孔通过排出通道5排出该三相分离机。
转鼓2具有一个部分地围绕螺旋输送器3一端配置的双斜面部分，螺旋输送器的该端围绕进料管1配置。该双斜面部分包括一个第一截头锥段，该段内壁表面以一个较大的角度相对于转鼓2的中心线倾斜，并且该段较大直径的开口端与转鼓2的圆柱段的一端邻接;该双斜面部分还具有一个第二截头锥段，该段的直径较大的开口端与第一截头锥段直径较小的开口端邻接，并且该段的内壁表面以一个较小的角度相对于转鼓2的中心线倾斜。第二截头锥段的直径较大的开口端位于这样的位置，即相同于或者低于转鼓2旋转时固-液混合物所形成的圆柱形自由液面或自由表面。该第二截头锥段的相对端作为所说的出料端4。
第二截头锥段包括一个位于出料端4附近并且其位置高于转鼓2中所说混合物的液面的干燥区6。
沉降的固体颗粒快要到达出料端4之前越过干燥区6，在那里基本上从固体中除去剩余的液体。
该三相分离器还包括若干配置于螺旋输送器3的螺旋叶片(叶片)螺距之间并与其平行延伸的螺旋翅片7，这些翅片7安装在所说螺旋输送器轴上。翅片7相对于转鼓2的中心线，即相对于由于固一液混合物高速旋转形成的圆柱形自由液面是倾斜的。加到所说分离器中的绝大部分混合物沿着螺旋输送器3的螺旋叶片以及翅片7流动，同时又因摩擦而受到阻力。因此，混合物趋于在围绕螺旋输送器3和翅片7的转鼓2的内壁表面附近的一个区域流动。由于转鼓2的内壁表面附近的区域远离螺旋输送器3和翅片7的旋转轴线，在该区域内流动的混合物承受很大的离心力，因此可被高效地分离。
该三相分离器可具有一个或多个直到20个螺旋翅片。翅片径向外缘与转鼓2内壁表面之间的距离为5～100mm，每个翅片的厚度为0.5～2mm。
所说翅片之间的距离应该尽可能地小，以便减小固体颗粒必须穿过的距离，即沉降距离，以便增加沉降效率。如果翅片之间的距离太小，固体颗粒容易堵塞翅片之间的间隙，阻碍了固体从翅片之间的间隙向外排出。因此，翅片之间的距离应该根据待处理固一液混合物的性质确定。
如果固一液混合物的固含量较大，翅片径向外缘与转鼓2内壁表面之间的距离最好选择大些;如果固一液混合物的固含量较小，则翅片径向外缘与转鼓2内壁表面之间的距离最好选择小些，以便增加翅片的工作面积，提高分离效率。
因此，最好的办法是获得一组只有不同径向长度的翅片的螺旋输送器，根据所处理的固一液混合物的固含量来选择一个合适的螺旋输送器。
由于本发明所述的离心机或分离器具有双斜面沉降离心机的结构，流过转鼓2的混合物的自由液面与转鼓2内壁表面之间的距离大。因此，插入转鼓2中混合物里的翅片的长度大，提高了分离精度及能力。
所说翅片相对转鼓2中心线，即该螺旋输送器轴倾斜的优选角度应该小，以便减小沉降距离、提高分离效率。但是，如果角度太小，翅片之间的间隙会被固体颗粒堵塞，固体颗粒便不能从翅片之间的间隙中排出。该角度优选的范围应该是30～85°。翅片表面可是平滑的，或者可具有若干平滑的径向槽和凸棱，用于增加表面积得获得较好的分离性能。
另一实施方案的翅片可以是一组互相平行安装于所说螺旋输送器轴上的薄板，该组薄板从螺旋输送器轴倾斜于混合物旋转时形成的自由表面径向地向外延伸，而且所说螺旋输送器的叶片可被卷绕在这些薄板的外缘上。
作用于翅片7插入的混合物的离心力相对较小。但是，由于翅片7之间的距离以及翅片7与螺旋输送器叶片之间的距离，即沉降距离小，加速了混合物中重、轻颗粒，例如图2所示沉降颗粒和浮起颗粒的沉降、飘浮以及随后发生的聚结，这将导致分离精度的增加。尤其是，如果所说混合物包括固体、重液和轻液，那么由于与翅片7接触所引起的聚结，重液和轻液能形成图2所示的界面，以较高的分离精度分离。
已分离并穿过转鼓2的轻液溢出堰板8，通过排出通道9从分离器中排出。同样，已分离并穿过转鼓2的重液溢出堰板10，通过排出通道11从分离器中排出。这样，堰板8、10的作用是控制轻、重液的溢流。
图2示出了放大的螺旋输送器3的叶片及翅片7。图2还示出了沉降及浮起颗粒在翅片7之间的运动方式。
图3示出了另一实施方案的一个螺旋输送器3和翅片7。螺旋输送器3的叶片和翅片7以一个不同于上文所述的角度倾斜，即与图2所示螺旋输送器的叶片及翅片7的倾斜方向相反。
对于另一实施方案，优选的结构是这样设置翅片，即翅片为一组互相平行安装于所说螺旋输送器轴上的薄板，该组薄板从螺旋输送器轴倾斜于旋转的转鼓2中的混合物的自由液面径向地向外延伸，而且所说的螺旋输送器叶片被卷绕在这些薄板的外缘上。
下面将叙述用现有技术中的沉降式离心机分离一种进料混合物的比较例1和2，以及应用按照本发明所述三相分离器分离一种进料混合物的发明例。
比较例1鱼粉厂中的螺旋压力机用沙丁鱼制成待分离进料混合物，并使该混合物流经一个转筒筛，其量为1000升/小时。进料混合物包含30.8(体)%的油，61.5(体)%的水，以及7.7(体)%的固体。该进料混合物被供给到一个传统的具有内径为250mm的转鼓的单斜面三离分离沉降式离心机中。该进料混合物在95℃、离心力为3000G的条件下分离为轻液、重液及沉渣。该轻液包含2.5(体)%或更少的水，2.0(体)%或更少的固体，其余为油。该重液包含98.7(体)%的水，1.3(体)%的固体以及0.83(重)%的油。沉渣包含大约70(重)%的水，3.0(重)%的油，其余为固体。
所说的轻液由一个锥碟式沉降型离心机进一步精加工为鱼油出售，重液浓缩为蛋白质浓缩物，沉渣由干燥机干燥。
由传统的三相分离沉降式离心机生产的轻液水含量平均为1.8(体)%，这是一个大的数值。轻液中在离心力作用下沉降出的固体为2.0(体)%，这也是一个大的数值。轻液不能立即作为鱼油产品而得到。重液中的油含量为0.83(重)%，重液中在离心力作用下沉降出的固体含量为1.3(体)%。这些数值也过大，而且重液浓缩时，引起加热管的堵塞。
假设进料混合物仅由传统的三相分离沉降式离心机处理一次，该三相分离沉降式离心机实际上不可作为三相分离器而使用。为了使得形成的轻液成为鱼油产品，需要随后利用锥碟式沉降型离心机对轻液精加工。当产生的重液浓缩时，它导致加热管出现故障。
比较例2鱼粉厂中的螺旋压力机用沙丁鱼制成待分离的进料混合物，并使该混合物通过一个转筒筛，其量为3000升/小时。进料混合物包含15.6～31.5(体)%的油，3.2～12.1(体)%的固体，其余为水。该混合物加入到一个具有内径为320mm的转鼓和一个没有翅片的螺旋输送器的传统型双斜面三相分离的沉降式离心机中。进料混合物在90℃、离心力为3000G的条件下分离为轻液、重液及沉渣。轻液包含0.15(重)%的水，微量的固体，其余为油;重液包含0.1～0.26(重)%的油，0.3(体)%的固体，其余为水;沉渣包含1.8(重)%的油，大约65(重)%的水，其余为固体。
所说轻液具有很好的质量，能够作为鱼油产品而立即发货。重液和沉渣利用比较例1中所述的方法处理。由重液产生的蛋白质浓缩物在浓缩时不会引起加热管堵塞，并且在质量上优于比较例1所述的蛋白质浓缩物。本例中的沉渣的干燥速度大大超过比较例1所述沉渣的干燥速度。
发明例比较例2中应用的进料混合物以5100升/小时的进料量加入到本发明所述的三相分离器。该三相分离器具有一个内径为320mm的转鼓以及一个包括六个外缘与所说转鼓内壁表面配置为20mm间隙的翅片的螺旋输送器。翅片在螺旋输送器轴上的高度为70mm，如图2所示倾斜45°角，并且在所述螺旋输送器叶片的螺距之间等距配置，该叶片的螺距为60mm。进料混合物在93℃，离心力为3000G的条件下分离为轻液、重液及沉渣。轻液包含0.12(重)%的水、微量的固体，其余为油;重液包含0.1～0.2(重)%的油，0.3(体)%的固体，其余为水;沉渣包含1.8(重)%的油，大约65(重)%的水，其余为固体。
所说的轻液质量很好，能够立即作为一种鱼油产品发货。重液和沉渣利用比较例2中同样的方法处理。由重液浓缩而成的蛋白质浓缩物具有比较例2中所述蛋白质浓缩物同样好的质量，而沉渣的干燥速度比比较例2中沉渣的干燥速度快。
本发明例应用的三相分离器具有与比较例2中应用的双斜面三相分离沉降型离心机基本上相同的主要尺寸。但是，由于在螺旋输送器中配置翅片，本发明例中所述三相分离器的处理能力是比较例2中双斜面三相分离沉降式离心机的1.7倍(5100升/小时比3000升/小时)，并且作为轻液的鱼油和作为重液的蛋白质浓缩物的含水稀溶液都比比较例2中所述的纯度高(轻液中的水0.12(重)%比0.15(重)%;重液中的油0.1～0.2(重)%比0.1～0.26(重)%)。
可以推论，翅片7的存在会对轻、重液之间的动界面边界的稳定性产生相反的作用。但是，上文所述的发明例和比较例的实验结果却表明了所分离的轻、重液质量的提高，这种提高证明了轻、重液之间稳定的动界面边界的存在。
虽然详细描述和揭示了本发明的一些优选的实施方案，但应该理解，在不脱离所附权利要求精神的情况下，仍可作出各种变型和改进。
权利要求
1.一种沉降式离心机包括一个可绕其中心轴线旋转的中空圆柱体；输送一种固一液混合物至所说中空圆柱体中的进料装置；一个具有以一个较大角度相对所说的中心线倾斜的内壁表面的第一中空截头锥段，该第一中空截头锥段具有一个与所说中空圆柱体一端邻接的较大直径的开口端和一个与该较大直径开口端轴向向对的较小直径的开口端；一个具有以一个较小角度相对所说的中心线倾斜的内壁表面的第二中空截头锥段，该第二中空截头锥段具有一个与所说第一中空截头锥段较小直径开口端邻接的开口端和一个与该开口端相对的开口端，这个开口端限定了一个出料孔，所说的第二中空截头锥段与第一中空截头锥段较小直径开口端邻接的开口端位于这样的位置，即相同于或者低于中空圆柱体旋转时在该圆柱体中形成的圆柱形固一液混合物的自由液面；一个配置于所说的中空圆柱体、第一中空截头锥段以及第二中空截头锥段中的螺旋输送器，用于输送所说的中空圆柱体中的从固一液混合物中分离出的沉降的固体，使之通过所说的第一和第二中空截头锥段到达所说的出料孔；配置于中空圆柱体远离出料孔一端用于控制从所说固一液混合物中分离出的液体溢流的堰板装置；排出所说溢流液体的出料装置；以及至少一个安装于所说螺旋输送器上并位于该螺旋输送器叶片的螺距之间的空间中的翅片，所述翅片相对所说的中心线是倾斜的。
2.一种沉降式离心机包括一个可绕其中心轴线旋转的中空圆柱体;输送一种固一液混合物至所述中空圆柱体中的进料装置;一个具有以一个较大角度相对所说的中心线倾斜的内壁表面的第一中空截头锥段，该第一中空截头锥段具有一个与所说中空圆柱体一端邻接的较大直径的开口端和一个与该较大直径开口端轴向向对的较小直径的开口端;一个具有以一个较小角度相对所说中心线倾斜的内壁表面的第二中空截头锥段，该第二中空截头锥段具有一个与所说第一中空截头锥段较小直径开口端邻接的开口端和一个与该开口端相对的开口端，这个开口端限定了一个出料孔，所说的第二中空截头锥段与第一中空截头锥段较小直径开口端邻接的开口端位于这样的位置，即相同于或者低于中空圆柱体旋转时在该圆柱体中形成的圆柱形固一液混合物的自由液面;一个配置于所说的中空圆柱体、第一中空截头锥段以及第二中空截头锥段中的螺旋输送器，用于输送所说的中空圆柱体中的从固一液混合物中分离出的沉降的固体，使之通过所说的第一和第二中空截头锥段到达所说的出料孔;配置于中空圆柱体远离出料孔一端用于控制从所说固一液混合物中分离出的重液溢流的第一堰板;配置于中空圆柱体远离出料孔一端用于控制从所说固一液混合物中分离出的轻液溢流的第二堰板;排出所说溢流的重液和轻液的出料装置;以及至少一个安装于所述螺旋输送器上并位于该螺旋输送器叶片的螺距之间的空间中的翅片，所述翅片相对所述中心线是倾斜的。
全文摘要
一种沉降式离心机包括一个转鼓，一种进料混合物，即固-液混合物，由一进料管输送到该转鼓中。当转鼓高速旋转时，重的固体径向向外移向并沉降于转鼓的内壁表面上。固体颗粒由一个配置于转鼓内的螺旋输送器通过转鼓的一个出料孔和一个排出通道排出。转鼓旋转期间，配置于螺旋输送器上的若干翅片以一个较大的分离效率促使所说的液体分离为重液和轻液。所分离的重、轻液分别从转鼓通过相应的排出通道排出。
文档编号B04B1/20GK1069677SQ9110889
公开日1993年3月10日 申请日期1991年8月21日 优先权日1991年8月21日
发明者钤木庄六 申请人:寿技王株式会社